粗集料對水泥混凝土路面使用性能的影響

郭永軍

(哈同公路管理處)

粗集料對水泥混凝土路面使用性能的影響

郭永軍

(哈同公路管理處)

當前公路建設施工技術條件下，水泥混凝土路面通常是采用水泥、集料和適宜的水分或鋼筋進行公路路面鋪筑的施工形式。集料對于水泥混凝土路面施工性能有著重要的支撐穩固作用，為有效保障和延長水泥混凝土路面使用期限，基于粗集料對水泥混凝土路面使用性能的影響進行了分析闡述。

水泥混凝土;路面性能;粗集料;影響分析

1 水泥混凝土路面施工中粗集料的性質分析

集料，又稱骨料，是構成混凝土材料的重要成分，集料質量對于所構成的混凝土性能影響較大。水泥混凝土材料中，集料主要起骨架支撐作用，同時作為水泥膠凝材料的充填材料，能夠有效減少水泥膠凝固化干縮應力造成的結構體積變化。根據集料的顆粒粒徑大小，集料通常分為粗集料與細集料兩種型號，粒徑規格大于4.75 mm以上的集料一般稱為粗集料，通常包括巖石天然風化而成的卵石或礫石或者人工軋制的破碎礫石等材料。

相對于水泥混凝土材料來說，粗集料的性質包括物理性質、力學性質和化學性質等類型，粗集料的各種密度、吸水性、耐候性及空隙率等物理常數屬于其物理性質;抗壓碎能力和磨耗性是路用粗集料力學性質的重要指標，力學性質還包括粗集料的壓碎值、沖擊值、磨耗值、磨光值等相關性質。密度是粗集料的重要物理特性，通常包括堆積密度、表觀密度，表干密度和毛體積密度等，是指一定單位體積物質顆粒的質量、干質量、飽和面干質量或全部毛體積的干質量。吸水性是指集料吸收水份的吸水能力和飽水率，耐候性是指集料抵抗干濕凍融循環以及溫度變化等不利氣候影響的限值能力。作為檢測粗集料相對承載性的重要指標，壓碎值是指在連續荷載施加條件下集料抵抗壓碎的能力;磨耗性是指集料在一定荷載沖擊摩擦阻力綜合作用下自身粒徑質量體積抵抗外部撞擊、摩擦作用的能力，磨耗值是評定路面表層集料抵抗車輪磨耗的能力。沖擊值是集料在高速運行車輛的急制動或顛簸過程中產生的路面沖擊作用下，抵抗連續重復沖擊荷載作用的性能稱為沖擊韌性。磨光值是指路用集料在承載過程中為滿足路面抗滑性所具備的耐磨光性衡量值。粗集料的化學性質涉及到硫化物和硫酸鹽等有害雜質含量以及堿集料反應等相關性質。

2 粗集料對與水泥混凝土路面性能的影響

由于受路面行車荷載壓力沖擊、磨損以及自然凍漲破壞因素的制約，水泥混凝土路面面板在施工和使用中往往會產生磨損、開裂、斷板、剝落或起拱、塌陷等諸多影響行車安全舒適性及路面使用期限的病害，水泥混凝土中的粗集料成分通常要占總體積的50% ～80%左右，在水泥混凝土路面結構中發揮著重要的骨架承載和穩固性能，對混凝土路面使用性能的耐久性影響較大。

2.1 粗集料對水泥混凝土路面承載強度性能的影響

水泥混凝土路面粗集料的最大粒徑和中間顆粒的級配，是制約路面承載剛度與強度的重要因素。粗集料本身具有的強度耐壓性能以及力學性能與其粒徑大小和中間顆粒的組合程度密切相關。中間顆粒具有補償粗集料粒徑減小導致砂漿需要量增大的弊端，保障粗集料堆積密實度，穩定路面結構強度的性能。實踐表明，粗集料顆粒粒徑越大，其表面積越小，界面粘結力也就越小，在施工振搗過程中下沉速度越快，容易造成混凝土內部顆粒分布不均勻，從而影響混凝土抗折強度。如果在路面施工中相關粗集料的化學成分及雜質含量過高，吸水性與飽和率過大，級配粒徑控制不嚴格，將會造成粗集料自身壓碎值降低，路面粗集料間的孔隙率過大，導致水泥混凝土路面的承載強度性能在荷載反復作用下遭到不同程度的破壞。

2.2 粗集料對水泥混凝土路面耐磨抗耗性能的影響

路面磨損是水泥混凝土路面常見的現象，路面耐磨抗耗性能，是指路面結構所具有的抵抗車輛輪載運行對路面造成耗損劣化的能力。水泥混凝土路面通常是由一定級配的砂石與水泥按比例進行混合拌制后澆筑施工而成，其集料的抗磨蝕性能相對不一。水泥混凝土路面的耐磨抗損程度取決于混凝土中粗集料的比例及其抗磨蝕性能，混凝土強度越高，路面耐磨耗性就越大。事實上，粗集料顆粒的級配與分布均勻程度，對路面面板表層的耐磨耗性能乃至整個路面的壽命關系很大，粗集料顆粒級配或分布不均勻，中間顆粒過少，造成混凝土砂漿含量過多，導致路面孔隙通道較多，容易在使用過程中被壓碎和侵蝕，降低了混凝土面層的整體強度。當水泥混凝土路面受到高速行車車輛輪載的重壓、摩擦、切削等磨蝕破壞作用時，其破壞力首先作用于混凝土路面表層之上，隨著路面集料顆粒凸出程度的增加，其頂面遭受車輛輪載磨蝕的作用力不斷加大，造成磨蝕速度隨之相應增加。同時，路面水泥層受磨蝕的作用力則隨集料凸出程度的增加而減小。因此混凝土粗集料的粒徑普遍較大、單級配且針片狀顆粒較多，含泥量超標嚴重，都會影響到路面整體耐磨抗耗性能。

2.3 粗集料對混凝土路面抗沖擊與疲勞性能的影響

就水泥混凝土路面的耐久性而言，抗沖擊與疲勞強度是優化路面使用性能延長其使用壽命與期限的重要因素。路面高速荷載行車過程中，由于重壓及慣性阻力的作用，行車荷載對路面會形成反復沖擊破壞作用，疲勞性性是路面整體性能的重要體現，路面混凝土的強度與水灰比指標一定的情況下，粗集料的顆粒形狀及強度要求，影響拌和物的和易性及可壓實性能。如果水泥混凝土中的粗集料的粒徑過小、中間顆粒強度分布不均勻，造成粗集料的孔隙率過大或承載力弱化，將會嚴重降低路面混凝土面板的抗沖擊與疲勞強度。研究資料表明，尖棱角與片針狀顆粒會互相嵌鎖，使混凝土難以密實，混凝土粗集料的最大粒徑越小，其抗沖擊與疲勞強度就越好，采用圓角粗集料可以延長混凝土路面的使用壽命。

3 結束語

總之，作為水泥混凝土的重要構成材料，粗集料自身結構強度及耐磨性能對于混凝土路面的使用性能有著不同程度的影響。隨著當前交通流量與行車密度的不斷增加，分析粗集料在混凝土施工中的級配參數，有利于延長水泥混凝土的使用期限。

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［2］林海強.關于對公路水泥混凝土路面使用壽命的探討［J］.中小企業管理與科技，2009.

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